WO1992002070A1 - Electrical machine, in particular an electric motor - Google Patents

Electrical machine, in particular an electric motor Download PDF

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WO1992002070A1
WO1992002070A1 PCT/DE1991/000542 DE9100542W WO9202070A1 WO 1992002070 A1 WO1992002070 A1 WO 1992002070A1 DE 9100542 W DE9100542 W DE 9100542W WO 9202070 A1 WO9202070 A1 WO 9202070A1
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armature
machine according
winding
magnetic poles
brushes
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PCT/DE1991/000542
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Inventor
Abdul-Rahman Saeed
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K23/02—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting
    • H02K23/04—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by arrangement for exciting having permanent magnet excitation
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K23/40—DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits

Definitions

  • the invention relates to an electrical machine, in particular an electrical motor according to the category of the main claim.
  • the anchor core expediently consists of ring-disk-shaped or part-disk-shaped sheets, which form a hollow, cylindrical sheet stack.
  • the armature core can also be produced simply and inexpensively.
  • this is provided on the inside and / or outside with a number of axial longitudinal grooves corresponding to the number of turns of the armature winding for partially receiving the windings.
  • These longitudinal grooves can be produced in a simple manner in that the stamped sheet metal rings are provided with rounded, adjacent recesses on the edge. This measure also simplifies the winding process, and the individual turns have fixed, immovable positions relative to one another, and there is no risk of slipping during operation.
  • the area of the armature winding covered by the brushes is expediently stripped by machining, in particular by turning. In this way, a smooth ski surface can be created in one work step and usually as varnish! Insulation of the turns formed at ion can be removed in order to establish the electrical connection between the turns and the brush.
  • the longitudinal grooves receiving the turns prove to be particularly favorable, since they prevent the turns from slipping when twisted off.
  • the magnetic poles are preferably formed by permanent magnets, the length of which essentially corresponds to the axial length of the rotor, in order to achieve an optimal excitation field with a minimal size.
  • each magnetic pole is formed from two partial magnetic poles, which are arranged radially opposite one another on the inside and outside, close to the rotor, with the same polarities opposite each other, which alternate in the direction of rotation.
  • a flux is achieved in which the magnetic field flux is passed through the laminated armature core in the circumferential direction by one pole pitch.
  • the winding sides of the armature sides which form the back and forth, produce a propulsive force and can lie directly opposite one another on the inside and outside of the armature core. The connection between the winding sides is therefore extremely short and essentially only depends on the radial thickness of the armature core.
  • the mean winding length, the copper weight and the ohmic losses are thus considerably reduced with the same power of the machine. This results in lower rotational masses and smaller inertias, to which the lack of connections to a commutator also contribute.
  • the armature core can be held in a manner known per se in the manner of a bell armature on one of its end faces on a hub which is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft.
  • the armature core it is also possible for the armature core to be held on such a hub in its central region. As a result, a more stable fastening shape for the rotor is achieved overall, as a result of which axially longer rotors can be produced.
  • the inner partial magnetic pole consists of two sections arranged on both sides of the hub.
  • This hub is expediently disc-shaped.
  • FIG. 1 shows the first embodiment of an electric motor with an armature core held on the face in longitudinal section
  • FIG. 2 is a perspective view of the anchor arm with longitudinal grooves partially shown
  • Fig. 3 is a winding diagram of an armature winding of the motor designed as a DC motor and
  • Fig. 4 shows the second embodiment of the electric motor with a centrally held armature core in longitudinal section.
  • the one in Fi g. 1 dargestel th permanent magnet excited DC motor there is an armature 10 formed as a rotor from a hollow cyl i ndri see anchor core 11, which is constructed from axially layered sheet metal rings that are glued or riveted together.
  • This laminated core forming the armature core 11 is shown in more detail in FIG. 2.
  • Each individual sheet metal ring forming the laminated core has, on its outer edge and on its inner edge, adjacent, rounded recesses 12 which serve to receive the windings of an armature winding 13.
  • the curves of the recesses 12 essentially correspond to the curves of the windings of the armature winding 13, as can be seen from the enlarged section in FIG. 2.
  • the connected sheet metal rings thus produce axial longitudinal grooves 14 on the outside and inside of the armature core 11.
  • the windings of the armature winding 13 are continuously wound around this armature core 11, so that a toroidal winding shape is produced.
  • the fully wound armature 10 is fastened with one of its end faces in the manner of a bell armature to a disk-like plastic hub 15, which is for example molded on.
  • This plastic hub 15 is rotatably connected to a rotor shaft 16 which is rotatably mounted in a motor housing 19 by means of two bearings 17, 18.
  • the stator of the DC motor is rotatably connected to the motor housing 19. It consists of an inner pole ring 20 and an outer pole ring 21 which are rigidly connected to one another on the end of the motor housing 19 facing away from the plastic hub 15 via a wheel 22.
  • the radi al sehei be 22 forms one of the end faces and the outer pole ring 21 the cylindrical outer wall of the motor housing 19.
  • each pole ring 20, 21 with alternating polarity in the direction of rotation.
  • the magnetic poles 23, 2 ⁇ are each offset by 90 so that only two opposite magnetic poles can be seen in the ti representation.
  • Each of these four magnetooles 23, 24 exists from an inner partial magnetic pole 25, 26 and an outer partial magnetic pole 27, 28.
  • These partial magnetic poles 25-28 are formed by rod-shaped permanent magnets with a rectangular cross section or a partial ring cross section.
  • the armature core 11 provided with the armature winding 13 rotates, separated by small gaps, between the inner partial magnetic poles 25, 26 and the outer partial magnetic poles 27, 28.
  • the length of the permanent magnets forming the partial magnetic poles 25-28 essentially corresponds to the axial length of the armature 10.
  • the partial magnetic poles 25-28 have a radial magnetization direction, the end regions of the partial magnetic poles facing the armature 10 each having a magnetization in the same direction.
  • the south poles of the partial magnetic poles 25-28 are facing the armature 10.
  • a carbon brush 29 rests on the armature 10 in a resilient manner and grinds during the rotational movement.
  • the grinding point extending over the inner circumference is turned so far that no paint insulation of the armature winding 13 prevents the electrical connection between the windings and the carbon brush 29.
  • a part 1 e with a smooth surface is obtained.
  • the carbon brushes 29 are each between two magnetic poles 23, 24, they each form an angle of 45 with them. To simplify the illustration, however, a carbon brush 29 was drawn in the image plane of FIG. 1, that is to say in the plane of two opposing magnetic poles 23, 24.
  • the electrical assignment of the armature winding 13 to the carbon brushes 29 is shown schematically in FIG. 3.
  • the thicker indentation areas run axially on the outside of the hollow cylindrical core and the thinner indentation areas run on the inside Of the four carbon brushes 29, each offset by one pole pitch, brushes of the same polarity are connected to one another and placed on the poles of a DC voltage source 30. This arrangement achieves commutation as if each turn end of the individual turns were connected to a commutator bar.
  • the second exemplary embodiment shown in FIG. 4 corresponds in principle to the first exemplary embodiment. Components that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols and are not described again.
  • the armature 10 is not connected to one of its end faces, but in the middle to a correspondingly shaped plastic hub 31. This requires dividing the inner partial magnetic pole 25 into two sections 25a and 25b on both sides of the plastic hub 31.
  • the inner pole ring is corresponding
  • the armature core 11 can also consist of part-shaped plates instead of ring-shaped plates.
  • the plastic hubs 15, 31 can in principle have any shape that is suitable. to hold the armature core 11 in the position shown between the partial magnetic poles. Pull Vorzu ⁇ is a small extension in the axial direction to the gap between the portions 25a and 25b to keep the inner part of magnetic poles as small as possible. It is also possible in principle to bring the carbon brushes 29 radially from the outside to the armature 10. In this case, they are not on the inner pole ring 20, but on the outer pole ring
  • the description of the exemplary embodiments relates to direct current motors. However, it is also possible to apply the invention to other electric motors and generators that have brushes and commutation. It is also possible to provide only inner or only outer magnetic poles instead of magnetic poles divided into inner and outer magnetic poles.
  • the electrical machine also does not have to be four-pole in accordance with the present description, but the implementation is possible with any known number of poles.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Proposed is an electrical machine, in particular an electrical motor, which has a rotor consisting of a hollow cylindrical armature core (11) carrying an armature (13). The stator of the electrical machine has magnet poles (23, 24) staggered by the same rotational angle. Commutation is by means of brushes (29), the armature winding (13) being designed as a commutator coil. The brushes (29) of the brush set are in sliding contact with the armature winding (13). Thus the commutation necessary for a d.c. motor, for instance, can be ensured without a commutator being fitted. The fact that the commutator and the leads connecting it to the armature winding are not necessary makes manufacture of the motor simpler and less expensive. In addition, the motor can be designed so that it is smaller, in particular shorter, and lighter for the same power.

Description

Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer MotorElectrical machine, in particular electrical motor
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, insbe¬ sondere einen elektrischen Motor nach der Gattung des Haupt¬ anspruchs .The invention relates to an electrical machine, in particular an electrical motor according to the category of the main claim.
Aus der DE-OS 36 32 014 ist eine derartige elektrische Maschine mit einem als Rotor ausgebildeten hohl zyl indri sehen Anker¬ kern bekannt, der eine als Kommutatorwicklung ausgebildete Ankerwicklung trägt. Diese Ankerwicklung ist mit einem Kommutator über eine Vielzahl von elektrischen Leitungen verbunden, wobei die Stromzufuhr über vier Bürsten erfolgt. Der Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß beispielsweise für die Realisierung als Gleichstrommaschine ein Kommutator mit einer aufwendigen Verdrahtung erforder¬ lich ist, der den Aufbau der Maschine kompliziert und teuer macht, insbesondere auch im Hinblick auf die erforderlichen Arbeitsschritte bei der Herstellung.From DE-OS 36 32 014 such an electrical machine with a hollow cyl indri rotor armature formed as a rotor is known, which carries an armature winding designed as a commutator winding. This armature winding is connected to a commutator via a large number of electrical lines, the current being supplied via four brushes. The disadvantage of the known arrangement is that, for example, for implementation as a DC machine, a commutator with complex wiring is required, which makes the structure of the machine complicated and expensive, in particular also with regard to the work steps involved in the production.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine mit den kennzeich¬ nenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil , daß ein Kommutator vollständig entfallen kann und dennoch auf einfache Weise eine Kommutierung der Ankerwicklung erreicht werden kann. Da die Bürsten des Bürstensatzes direkt schlei¬ fend an der Ankerwicklung anliegen, können bessere Kommu- ti erungsεi genschaften des Motors erzielt werden, weil die auf die erfindungsgemäße Weise bewirkte Kommutierung der eines Kommutators mit sehr hoher Lamellenzahl entsprechen würde (Windungszahl = Lamellenzahl). Wegen der günstigeren Kommutierung kann auch die Polbedeckung erhöht werden, was zu einer besseren Ausnützung des Motors führt. Schlie߬ lich kann auch bei gleicher Leistung die Baugröße der Maschi ne infolge des Wegfalls des Kommutators verringert werden, insbesondere die axiale Baul nge. Die Kohlen können jetzt beispielsweise zwischen den Magnetpolen angeordnet werden, wo ohnehin nicht ausgenutzter Platz vorhanden ist.The electrical machine according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that a commutator can be dispensed with completely and commutation of the armature winding can nevertheless be achieved in a simple manner. Since the brushes of the brush set are in direct contact with the armature winding, better commutation properties of the motor can be achieved because the commutation effected in the manner according to the invention would correspond to that of a commutator with a very high number of lamellae (number of turns = number of lamellae). Because of the cheaper commutation, the pole coverage can also be increased, which leads to better utilization of the motor. Finally, even with the same output, the size of the machine can be reduced due to the elimination of the commutator, in particular the axial length. The coals can now be arranged between the magnetic poles, for example, where there is already unused space.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Advantageous further developments and improvements of the device specified in the main claim are possible through the measures listed in the subclaims.
Durch die fortlaufend um den Ankerkern gewickelten Windungen der toroidartigen Ankerwicklung liegt eine sehr einfache und kostengünstig zu wickelnde Ankerwicklung vor, die keiner¬ lei Anschlüsse benötigt.As a result of the turns of the toroidal armature winding which are continuously wound around the armature core, there is a very simple and inexpensive armature winding which does not require any connections.
Der Ankerkern besteht zweckmäßigerweise aus ringscheiben¬ förmigen oder tei lri ngscheibenförmigen Blechen, die ein hohl zyl indrisches Blechpaket bilden. Hierdurch kann auch der Ankerkern einfach und kostengünstig hergestellt werden.The anchor core expediently consists of ring-disk-shaped or part-disk-shaped sheets, which form a hollow, cylindrical sheet stack. As a result, the armature core can also be produced simply and inexpensively.
Um die Windungen der Ankerwicklung am Ankerkern sicher zu fixieren, ist dieser innen und/oder außen mit einer der Windungszahl der Ankerwicklung entsprechenden Anzahl von axialen Längsrillen zur teilweisen Aufnahme der Win¬ dungen versehen. Diese Längsrillen können in einfacher Weise dadurch erzeugt werden, daß die gestanzten Blechringe randseitig mit nebeneinanderliegenden, gerundeten Ausneh¬ mungen versehen sind. Durch diese Maßnahme wird auch der Wic elvorgang vereinfacht, und die einzelnen Windungen haben feste, unverrückbare Positionen zueinander, und ein Verrutschen im Bet ieb ist nicht zu befü chten. Die von den Bürsten überstr i chene Schi eiff1 che der Anker¬ wicklung wird zweckmäßigerweise durch spanenden Abtrag, insbesondere durch Drehen, abisol iert. Hierdurch kann in einem Arbeitsgang eine glatte Schi eiffl äche erzeugt und die üblicherweise als Lack i so! at ion ausgebildete Isolation der Windungen entfernt werden, um die elektrische Verbindung zwischen den Windungen und der Bürste herzustellen. Dabei erweisen sich die die Windungen aufnehmenden Längsrillen als besonders günstig, da sie ein Verrutschen der Windungen beim Abdrehen verhindern.In order to securely fix the windings of the armature winding to the armature core, this is provided on the inside and / or outside with a number of axial longitudinal grooves corresponding to the number of turns of the armature winding for partially receiving the windings. These longitudinal grooves can be produced in a simple manner in that the stamped sheet metal rings are provided with rounded, adjacent recesses on the edge. This measure also simplifies the winding process, and the individual turns have fixed, immovable positions relative to one another, and there is no risk of slipping during operation. The area of the armature winding covered by the brushes is expediently stripped by machining, in particular by turning. In this way, a smooth ski surface can be created in one work step and usually as varnish! Insulation of the turns formed at ion can be removed in order to establish the electrical connection between the turns and the brush. The longitudinal grooves receiving the turns prove to be particularly favorable, since they prevent the turns from slipping when twisted off.
Die Magnetpole werden vorzugsweise durch Permanentmagnete gebildet, deren Länge im wesentlichen der axialen Länge des Rotors entspricht, um bei minimaler Baugröße ein opti¬ males Erregerfe.ld zu erzielen.The magnetic poles are preferably formed by permanent magnets, the length of which essentially corresponds to the axial length of the rotor, in order to achieve an optimal excitation field with a minimal size.
Zur Verstärkung des magnetischen Flusses wird jeder Magnet¬ pol aus jeweils zwei Teilmagnetpolen gebildet, die innen und außen radial gegenüberliegend nahe am Rotor angeordnet sind, wobei sich jeweils gleiche Polaritäten gegenüber¬ stehen, die sich in Drehrichtung abwechseln. Hierdurch wi d eine Flußführung erreicht, bei der der Magnetfeldfluß durch den laminierten Ankerkern in Umfangsrichtung um eine Polteilung weitergeleitet wi d. Die den Hin- und Rü kleiter bildenden Wicklungsseiten der Ankerseiten bewirken eine Vortriebskraft und können auf der Innen- und Außenseite des Ankerkerns einander unmittelbar gegenüberliegen. Die Verbindung zwischen den Wicklungsseiten ist dadurch extrem kurz und i wesentl ichen nur von der radialen Dicke des Ankerkerns abhängig. Damit vermindern sich bei gleicher Leistung der -Masc ine die mittlere Windungslänge, das Kupfer¬ gewicht und die Oh schen Verluste beträchtlich. Es ergeben sich geringere Rotationsmassen und kleinere Trägheits c te wozu auch die fehlenden Verb i ndungs 1 ei tungen zu einem Kommu¬ tator beitragen. Der Ankerkern kann in an sich bekannter Weise nach Art eines Glockenankers an einer seiner Stirnseiten an einer mit einer Läuferwelle drehfest verbundenen Nabe gehalten werden. Es ist jedoch auch möglich, daß der Ankerkern in seinem mittleren Bereich an einer solchen Nabe gehalten wird. Hierdurch wird insgesamt eine stabilere Befestigungs¬ form für den Rotor erreicht, wodurch axial längere Rotoren hergestellt werden können. Dies führt bei gleichem Außen¬ durchmesser des Motors zu mehr Leistung oder bei gleicher Leistung zu einem geringeren Rotations-Trägheitsmoment bei kleinerem Außendurchmesser. Bei dieser Ausführungsfor besteht der innere Teilmagnetpol aus zwei zu beiden Seiten der Nabe angeordneten Teilstücken. Diese Nabe ist zweck¬ mäßigerweise scheibenförmig ausgebildet.To increase the magnetic flux, each magnetic pole is formed from two partial magnetic poles, which are arranged radially opposite one another on the inside and outside, close to the rotor, with the same polarities opposite each other, which alternate in the direction of rotation. As a result, a flux is achieved in which the magnetic field flux is passed through the laminated armature core in the circumferential direction by one pole pitch. The winding sides of the armature sides, which form the back and forth, produce a propulsive force and can lie directly opposite one another on the inside and outside of the armature core. The connection between the winding sides is therefore extremely short and essentially only depends on the radial thickness of the armature core. The mean winding length, the copper weight and the ohmic losses are thus considerably reduced with the same power of the machine. This results in lower rotational masses and smaller inertias, to which the lack of connections to a commutator also contribute. The armature core can be held in a manner known per se in the manner of a bell armature on one of its end faces on a hub which is connected in a rotationally fixed manner to a rotor shaft. However, it is also possible for the armature core to be held on such a hub in its central region. As a result, a more stable fastening shape for the rotor is achieved overall, as a result of which axially longer rotors can be produced. With the same outer diameter of the motor, this leads to more power or, with the same power, to a lower rotational moment of inertia with a smaller outer diameter. In this embodiment, the inner partial magnetic pole consists of two sections arranged on both sides of the hub. This hub is expediently disc-shaped.
Zei chnungDrawing
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Two embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Show it:
Fig. 1 das erste Ausführungsbeispiel eines elektrischen Motors mit einem stirnseitig gehaltenen Ankerkern im Längsschnitt,1 shows the first embodiment of an electric motor with an armature core held on the face in longitudinal section,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Ankerkεrns mit teilweise dargestellten Längsrillen,2 is a perspective view of the anchor arm with longitudinal grooves partially shown,
Fig. 3 ein Wickelschema einer Ankerwicklung des als Gleichstrommotor ausgebildeten Motors undFig. 3 is a winding diagram of an armature winding of the motor designed as a DC motor and
Fig. 4 das zweite Ausführungsbeispiel des elektrischen Motors mit mittig gehaltenem Ankerkern im Längs¬ schnitt.Fig. 4 shows the second embodiment of the electric motor with a centrally held armature core in longitudinal section.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
Bei dem in F.i g . 1 dargestel ten permanentmagneterregten Gleichstrommotor besteht ein als Rotor ausgebildeter Anker 10 aus einem hohl zyl i ndri sehen Ankerkern 11, der aus axial geschichteten Blechringen aufgebaut ist, die miteinander verklebt oder vernietet sind. Dieses den Ankerkern 11 bilden¬ de Blechpaket ist in Fig. 2 näher dargestellt. Jeder einzel¬ ne, das Blechpaket bildende Blechring weist an seinem Außen¬ rand und an seinem Innenrand nebenei nander1 iegende , ge¬ rundete Ausnehmungen 12 auf, die zur Aufnahme der Windungen einer Ankerwicklung 13 dienen. Die Rundungen der Ausnehmungen 12 entsprechen dabei im wesentlichen der Rundung der Win¬ dungen der Ankerwicklung 13, wie dies aus dem vergrößerten Ausschnitt in Fig. 2 hervorgeht. Durch die verbundenen Blechringe entstehen somit an der Außenseite und Innenseite des Ankerkerns 11 axiale Längsrillen 14. Die Windungen der Ankerwicklung 13 sind fortlaufend um diesen Ankerkern 11 herum gewickelt, so daß eine toroidartige Wicklungsform entsteht .The one in Fi g. 1 dargestel th permanent magnet excited DC motor there is an armature 10 formed as a rotor from a hollow cyl i ndri see anchor core 11, which is constructed from axially layered sheet metal rings that are glued or riveted together. This laminated core forming the armature core 11 is shown in more detail in FIG. 2. Each individual sheet metal ring forming the laminated core has, on its outer edge and on its inner edge, adjacent, rounded recesses 12 which serve to receive the windings of an armature winding 13. The curves of the recesses 12 essentially correspond to the curves of the windings of the armature winding 13, as can be seen from the enlarged section in FIG. 2. The connected sheet metal rings thus produce axial longitudinal grooves 14 on the outside and inside of the armature core 11. The windings of the armature winding 13 are continuously wound around this armature core 11, so that a toroidal winding shape is produced.
Der fertig gewickelte Anker 10 ist mit einer seiner Stirn¬ seiten nach Art eines Glockenankers an einer scheibenartigen Kunststoffnabe 15 befestigt, die beispielsweise angespritzt ist. Diese Kunststoffnabe 15 ist drehfest mit einer L ufer¬ welle 16 verbunden, die mittels zweier Lager 17,18 in einem Motorgehäuse 19 drehbar gelagert ist. Der Stator des Gleich¬ strommotors ist drehfest mit dem Motorgehäuse 19 verbunden. Er besteht aus einem inneren Polring 20 und einem äußeren Polring 21, die an der von der Kun ststoffnabe 15 abgewandten Stirnseite des Motorgehäuses 19 über eine Rad i al schei be 22 starr miteinander verbunden sind. Die Radi al sehei be 22 bildet dabei eine der Stirnseiten und der äußere Polring 21 die zylindrische Außenwandung des Motorgehäuses 19. Bei dem vierpolig ausgebildeten Gleichstrommotor sind an jedem Polring 20,21 vier Magnetpole 23,24 mit in Drehrichtung abwechselnder Polarität angeordnet. Die Magnetpole 23, 2^ sind jeweils um 90 zueinander versetzt, so daß in der Schni tdarstellung nur zwei gegenübe liegende Magnetpole erkennbar sind. Jeder dieser vier Magnetoole 23,24 besteht aus einem inneren Teilmagnetpol 25,26 und einem äußeren Te lmagnetpol 27,28. Diese Teilmagnetpole 25-28 werden durch stabförmige Permanentmagnete mit rechteckf rmi gern bzw. tei 1 ringf rmi gern Querschnitt gebildet. Bei dieser Anordnung dreht sich der mit der Ankerwicklung 13 versehene Ankerkern 11 durch kleine Spalte getrennt zwischen den inneren Teilmagnetpolen 25,26 und den äußeren Teilmagnet¬ polen 27,28. Die Länge der die Teilmagnetpole 25-28 bildenden Permanentmagnete entspricht dabei im wesentlichen der axialen Länge des Ankers 10.The fully wound armature 10 is fastened with one of its end faces in the manner of a bell armature to a disk-like plastic hub 15, which is for example molded on. This plastic hub 15 is rotatably connected to a rotor shaft 16 which is rotatably mounted in a motor housing 19 by means of two bearings 17, 18. The stator of the DC motor is rotatably connected to the motor housing 19. It consists of an inner pole ring 20 and an outer pole ring 21 which are rigidly connected to one another on the end of the motor housing 19 facing away from the plastic hub 15 via a wheel 22. The radi al sehei be 22 forms one of the end faces and the outer pole ring 21 the cylindrical outer wall of the motor housing 19. In the four-pole dc motor four magnetic poles 23, 24 are arranged on each pole ring 20, 21 with alternating polarity in the direction of rotation. The magnetic poles 23, 2 ^ are each offset by 90 so that only two opposite magnetic poles can be seen in the ti representation. Each of these four magnetooles 23, 24 exists from an inner partial magnetic pole 25, 26 and an outer partial magnetic pole 27, 28. These partial magnetic poles 25-28 are formed by rod-shaped permanent magnets with a rectangular cross section or a partial ring cross section. In this arrangement, the armature core 11 provided with the armature winding 13 rotates, separated by small gaps, between the inner partial magnetic poles 25, 26 and the outer partial magnetic poles 27, 28. The length of the permanent magnets forming the partial magnetic poles 25-28 essentially corresponds to the axial length of the armature 10.
Die Teilmagnetpole 25-28 weisen eine radiale Magnetisierungs¬ richtung auf, wobei jeweils die dem Anker 10 zugewandten Endbereiche der Teilmagnetpole eine gleichsinnige Magneti¬ sierung aufweisen. In Fig. 1 sind beispielsweise jeweils die Südpole der Teilmagnetpole 25-28 dem Anker 10 zugewandt.The partial magnetic poles 25-28 have a radial magnetization direction, the end regions of the partial magnetic poles facing the armature 10 each having a magnetization in the same direction. In Fig. 1, for example, the south poles of the partial magnetic poles 25-28 are facing the armature 10.
Jeweils zwischen zwei Magnetpolen 23,24 liegt eine Kohle¬ bürste 29 federnd und bei der Drehbewegung schleifend am Anker 10 an. Hierzu wird die über den Innenumfang verlaufende Schleifstelle so weit abgedreht, daß keine Lackisolation der Ankerwicklung 13 die elektrische Verbindung zwischen den Windungen und der Kohlebürste 29 verhindert. Gleich¬ zeitig wird eine Schi eifstel 1 e mit glatter Oberfläche er¬ zielt. Da sich d e Kohlebürsten 29 jeweils zwisc en agnet¬ polen 23,24 befinden, bilden sie mit diesen jeweils einen Winkel von 45 . Zur Vereinfachung der Darstellung wurde jedoch eine Kohlebürste 29 in der Bildebene von Fig. 1 eingezeichnet, also in der Ebene zweier einander gegenüber¬ stehender Magnetpole 23,24.In each case between two magnetic poles 23, 24, a carbon brush 29 rests on the armature 10 in a resilient manner and grinds during the rotational movement. For this purpose, the grinding point extending over the inner circumference is turned so far that no paint insulation of the armature winding 13 prevents the electrical connection between the windings and the carbon brush 29. At the same time, a part 1 e with a smooth surface is obtained. Since the carbon brushes 29 are each between two magnetic poles 23, 24, they each form an angle of 45 with them. To simplify the illustration, however, a carbon brush 29 was drawn in the image plane of FIG. 1, that is to say in the plane of two opposing magnetic poles 23, 24.
In Fig. 3 ist die elektrische Zuordnung der Ankerwicklung 13 zu den Kohlebürsten 29 schematisch dargestellt. Die dicker gezeichneten indungsbereiche verlaufen dabei axial an der Außenseite des hohl zyl i ndri sehen Ankerkerns und die dünner gezeichneten indungsbereiche an der Innenseite Von den jeweils um eine Polteilung versetzten vier Kohle¬ bürsten 29 sind Bürsten gleicher Polarität miteinander verbunden und an die Pole einer Gleichspannungsquelle 30 gelegt. Durch diese Anordnung wird eine Kommutierung er¬ reicht, wie wenn jedes Windungsende der einzelnen Windungen mit einer Kommutatorlamelle verbunden wäre.The electrical assignment of the armature winding 13 to the carbon brushes 29 is shown schematically in FIG. 3. The thicker indentation areas run axially on the outside of the hollow cylindrical core and the thinner indentation areas run on the inside Of the four carbon brushes 29, each offset by one pole pitch, brushes of the same polarity are connected to one another and placed on the poles of a DC voltage source 30. This arrangement achieves commutation as if each turn end of the individual turns were connected to a commutator bar.
Das in Fig. 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel ent¬ spricht prinzipiell dem ersten Ausführungsbeispiel. Gleiche oder gleich wirkende Bauteile sind mit denselben Bezugs¬ zeichen versehen und nicht nochmals beschrieben.The second exemplary embodiment shown in FIG. 4 corresponds in principle to the first exemplary embodiment. Components that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols and are not described again.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Anker 10 nicht mit einer seiner Stirnseiten, sondern mittig mit einer entsprechend geformten Kunststoffnabe 31 verbunden. Dies erfordert die Aufteilung des inneren Teilmagnetpols 25 in zwei Teilstücke 25a und 25b zu beiden Seiten der Kunststoffnabe 31. Entsprechend ist der innere PolringIn contrast to the first exemplary embodiment, the armature 10 is not connected to one of its end faces, but in the middle to a correspondingly shaped plastic hub 31. This requires dividing the inner partial magnetic pole 25 into two sections 25a and 25b on both sides of the plastic hub 31. The inner pole ring is corresponding
20 in zwei Bereiche 20a und 20b aufgeteilt. Die Kohlebürsten 29 verschieben sich dadurch seitlich in die axiale Position der Teilstücke 25a.20 divided into two areas 20a and 20b. The carbon brushes 29 thereby shift laterally into the axial position of the sections 25a.
In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann der Ankerkern 11 anstelle aus ringscheibenförmigen Blechen auch aus tei lr i ngschei benf rmi gen Blechen bestehen. z.B. aus halbri ngschei benförmi gen Blechen. Die Kunststoffnaben 15,31 können prinzipiell jede beliebige Gestalt aufweisen, die geeignet ist. den Ankerkern 11 in der dargestellten Position zwischen den Teilmagnetpolen zu halten. Vorzu¬ ziehen ist eine geringe Ausdehnung in axialer Richtung, um den Spalt, zwischen den Teilstücken 25a und 25b der inneren Teilmagnetpole möglichst klein zu halten. Weiterhin ist es prinzipiell möglich, die Kohlebürsten 29 radial von außen her an den Anker 10 heranzuführen. Sie sind in diesem Falle nicht am inneren Polring 20, sondern am äußeren PolringIn a modification of the exemplary embodiments described, the armature core 11 can also consist of part-shaped plates instead of ring-shaped plates. For example, from semi-disc-shaped sheets. The plastic hubs 15, 31 can in principle have any shape that is suitable. to hold the armature core 11 in the position shown between the partial magnetic poles. Pull Vorzu¬ is a small extension in the axial direction to the gap between the portions 25a and 25b to keep the inner part of magnetic poles as small as possible. It is also possible in principle to bring the carbon brushes 29 radially from the outside to the armature 10. In this case, they are not on the inner pole ring 20, but on the outer pole ring
21 befestigt. Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele bezieht sich auf Gleichstrommotoren. Es ist jedoch auch möglich, die Erfindung auf andere elektrische Motoren und Generatoren anzuwenden, die Bürsten und eine Kommutierung aufweisen. Dabei ist es auch möglich, anstelle von aufgeteilten Magnet¬ polen in innere und äußere Magnetpole lediglich nur innere oder nur äußere Magnetpole vorzusehen. Die elektrische Maschine muß auch nicht gemäß der vorliegenden Beschreibung vierpolig ausgebildet sein, sondern die Realisierung ist mit jeder bekannten Polzahl möglich.21 attached. The description of the exemplary embodiments relates to direct current motors. However, it is also possible to apply the invention to other electric motors and generators that have brushes and commutation. It is also possible to provide only inner or only outer magnetic poles instead of magnetic poles divided into inner and outer magnetic poles. The electrical machine also does not have to be four-pole in accordance with the present description, but the implementation is possible with any known number of poles.
Im eingangs angegebenen Stand der Technik sind verschiedene Details der beschriebenen Ausführungsbeispiele bereits realisiert. Die dort angegebenen Vorteile dieser Details treffen selbstverständlich auch für die vorliegenden Aus¬ führungsbeispiele zu. In the prior art specified at the outset, various details of the exemplary embodiments described have already been implemented. The advantages of these details given there of course also apply to the present exemplary embodiments.

Claims

An s pr ü ch e Expectations
1. Elektrische Maschine, insbesondere elektrischer Motor, mit einem aus einem hohl zyl indri sehen Ankεrkern und einer von diesem getragenen Ankerwicklung bestehenden Rotor, mit einem um gleiche Drehwinkel versetzt angeordnete Magnet¬ pole aufweisenden Stator und mit einer einen Bürstensatz aufweisenden Kommutierungseinrichtung, wobei die Anker¬ wicklung als Kommutatorwicklung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (29) des Bürstensatzes schleifend an der Ankerwicklung (13) anliegen.1. Electrical machine, in particular an electric motor, with an armature consisting of a hollow cylindrical inductor and an armature winding carried by the armature, with a stator having staggered magnetic poles and with a commutation device having a brush set, the armature ¬ winding is designed as a commutator winding, characterized in that the brushes (29) of the brush set rub against the armature winding (13).
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die toroidartige Ankerwicklung (13) fortlaufend um den Ankerkern (11) gewickelte Windungen aufweist.2. Machine according to claim 1, characterized in that the toroidal armature winding (13) has windings wound continuously around the armature core (11).
3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkern (11) aus ringscheibenf rmigen oder teilring- scheibenf rmigen Blechen besteht, die ein hohl zyl ind i sches Blechpaket bilden.3. Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the armature core (11) consists of annular disk-shaped or part-annular disk-shaped sheets which form a hollow cyl indi cal sheet pack.
4. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkern (11) innen und/oder außen mit einer der Windungszahl der Ankerwicklung (13) entsprechen den Anzahl von axialen Längsrillen (14) zur teilweisen Aufnahme der Windungen versehen ist. 4. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the armature core (11) inside and / or outside with one of the number of turns of the armature winding (13) correspond to the number of axial longitudinal grooves (14) for partially receiving the turns.
5. Maschine nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Längsrillen (14) die gestanzten Blech¬ ringe randseitig mit nebeneinander! iegenden , gerundeten Ausnehmungen (12) versehen sind.5. Machine according to claim 3 and 4, characterized in that to form the longitudinal grooves (14), the stamped Blech¬ rings on the edge side by side! ig, rounded recesses (12) are provided.
6. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Bürsten (29) überstri chene Schleiffläche der Ankerwicklung (13) durch spanenden Abtrag, insbesondere durch Drehen, abisoliert ist.6. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the brushes (29) overstriped grinding surface of the armature winding (13) is stripped by machining, in particular by turning.
7. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß die Magnetpole (23,24) durch Permanentmagnete gebildet sind.7. Machine according to one of the preceding claims, da¬ characterized in that the magnetic poles (23,24) are formed by permanent magnets.
8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Permanentmagnete im wesentlichen der axialen Länge des Ankerkerns (11) entspricht.8. Machine according to claim 7, characterized in that the length of the permanent magnets substantially corresponds to the axial length of the armature core (11).
9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß jeder Magnetpol (23,24) aus jeweils zwei Teilmagnetpolen (25-28) gebildet wird, die innen und außen radial gegenüberliegend nahe am Rotor angeordnet sind, wobei sich jeweils gleiche Polaritäten gegenüber¬ stehen, die sich in Drehrichtung abwechseln.9. Machine according to one of the preceding claims, da¬ characterized in that each magnetic pole (23,24) is formed from two partial magnetic poles (25-28) which are arranged radially opposite inside and outside close to the rotor, the same being the same Polarities are opposite, which alternate in the direction of rotation.
10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren und äußeren Tei Imagnetpol ε (25,26 bzw. 27,28) jewεils an εinem Polring (20,21) angeordnεt sind, die an einer Stirnseite durch eine Rad ial Scheibe (22) verbunden sind .10. Machine according to claim 9, characterized in that the inner and outer parts of the magnetic pole ε (25, 26 and 27, 28) are each arranged on a pole ring (20, 21) which are arranged on one end face by a radial disk ( 22) are connected.
11. Maschine nach εinem der vorhergehendεn Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Ankerkern (11) nach Art eines Glockenankers an einer seiner Stirnseitεn an einer mit einer Läuferwelle (16) drehfεst vεrbundεnen Nabe (15) gehalten ird. 11. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the armature core (11) is held in the manner of a bell armature on one of its end faces on a hub (15) which is rotationally fixed with a rotor shaft (16).
12. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerkern (11) in seinem mittleren Bereich an einer mit einer Läuferwelle (16) drehfest ver¬ bundenen Nabe (31) gehalten wird.12. Machine according to one of claims 1 to 10, characterized in that the armature core (11) is held in its central region on a with a rotor shaft (16) non-rotatably connected hub (31).
13. Maschine nach Anspruch 9 und 12, dadurch gekεnnze iehnet , daß der innere Teilmagnetpol aus zwei zu beiden Seiten der Nabe (31) angeordneten Teilstückεn (25a, 25b) besteht.13. Machine according to claim 9 and 12, characterized gekεnnze iehnet that the inner partial magnetic pole consists of two on both sides of the hub (31) arranged Teilstückεn (25a, 25b).
14. Maschine nach εinεm der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (15; 31) scheibenförmig ausge¬ bildet ist.14. Machine according to εinεm of claims 11 to 13, characterized in that the hub (15; 31) is disk-shaped.
15. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bürsten (29) jeweils zwischen zwei Magnetpolen (23,24) angεordnet sind. 15. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the brushes (29) are each arranged between two magnetic poles (23, 24).
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